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El Telescopio Muy Grande de ESO descubre objetos jóvenes de muy poca masa que pesan el doble de lo predicho.

Gracias a la poderosa nueva cámara de alto contraste instalada en el VLT (Very Large Telescope = Telescopio Muy Grande), se han obtenido fotografías de un compañero de poca masa ubicado muy cerca de una estrella. Esto ha permitido a los astrónomos medir directamente por primera vez la masa de un objeto joven de muy poca masa.

Este descubrimiento sugiere, por lo tanto, que debido a errores en los modelos, los astrónomos pueden haber sobreestimado el número de “enanas marrones” jóvenes y de planetas extrasolares “libres”.

Una combinación ganadora

Una estrella puede ser caracterizada por muchos parámetros. Pero hay uno que es de capital importancia: su masa.

Es la masa de una estrella la que decide su destino. Por lo tanto, no resulta sorprendente que los astrónomos estén ávidos por obtener una medición precisa de este parámetro. Esta no es, sin embargo, una tarea fácil, especialmente en el caso de las menos masivas, esas que se encuentran en el límite entre las estrellas y las enanas marrones.

Las enanas marrones, o “estrellas fallidas”, son objetos que pueden llegar a ser hasta 75 veces más masivos que Júpiter, demasiado pequeños como para que se hayan encendido en su interior grandes procesos de fusión nuclear.

Para determinar la masa de una estrella, generalmente los astrónomos examinan el movimiento de las estrellas de un sistema binario, y luego aplican el mismo método que permite determinar la masa de la Tierra conociendo la distancia a la Luna y el tiempo que le toma a su satélite para recorrer una órbita completa (la así llamada “Tercera Ley de Kepler”). De la misma forma, también han medido la masa del Sol conociendo la distancia Tierra-Sol y el tiempo (un año) que le toma a nuestro planeta dar una vuelta completa alrededor del Sol.

El problema con los objetos de poca masa es que son muy tenues, y a menudo están escondidos en el resplandor de la estrella más brillante alrededor de la cual giran, aún cuando sean observados con grandes telescopios.

Sin embargo, los astrónomos han hallado formas de superar esta dificultad. Para ésto, se apoyan en una combinación de una estrategia de observación bien estudiada con instrumentos de última generación.

La cámara de alto contraste

Primero, los astrónomos que buscan objetos de muy poca masa observan estrellas jóvenes cercanas, puesto que los compañeros de poca masa serán más brillantes mientras sean también jóvenes, antes de que se enfríen y se contraigan.

En este caso en particular, un equipo internacional de astrónomos liderado por Laird Close (Observatorio Steward, Universidad de Arizona) estudió la estrella AB Doradus A (AB Dor A). Esta estrella está localizada a unos 48 años luz de distancia y tiene “solamente” 50 millones de años de edad. Como la posición de AB Dor A en el cielo “se bambolea” debido al tirón gravitatorio de un objeto estelar, desde principios de la década de 1990 se considera que debe tener una compañera de poca masa.

Para fotografiar a esta compañera y obtener una serie completa de datos sobre ella, Close y sus colegas utilizaron un novel instrumento en el VLT del Observatorio Austral Europeo. Esta nueva cámara de óptica adaptativa de alto contraste, la Cámara Diferencial Simultánea (Simultaneous Differential Imager) NACO, o NACO SDI, fue desarrollada específicamente por Laird Close y Rainer Lenzer (Instituto de Astronomía Max Planck en Heidelberg, Alemania) para la caza de planetas extrasolares. La cámara SDI aumenta la capacidad del VLT y de su sistema de óptica adaptativa para detectar compañeros tenues que normalmente se perderían en el resplandor de la estrella primaria.

Una primicia mundial

ESO PR Photo 03/05: Esta es una imagen en el infrarrojo cercano mejorada y en falso color de AB Dor A y C. La compañera tenue, AB Dor C (vista aquí como un punto rosado a las 8 en punto) es 120 veces menos brillant4es que su estrella primaria. La escasa separación entre A y C, de solamente 0,156 arcosegundos, es más pequeña que una moneda de un euro vista a 20 kilómetros de distancia. Sin embargo, la nueva cámara NACO SDI fue capaz de distinguirla como un punto rojizo rodeado por la luz azulada de AB Dor A. La órbita de AB Dor C alrededor de de AB Dor A se muestra como una elipse amarilla. A la compañera de 93 masas-Júpiter le toma 11,75 años el completar su órbita. Crédito: (NACO SDI/VLT)

Dirigiendo esta cámara hacia AB Dor A en febrero de 2004, fueron capaces de fotografiar por primera vez a una compañera tan tenue (120 veces menos brillante que su estrella) y tan cerca de su primaria.

Dice Markus Hartung (ESO), uno de los miembros del equipo: “Esta primicia mundial fue posible únicamente por las capacidades únicas el instrumento NACO SDI del VLT. De hecho, el Telescopio Espacial Hubble intentó detectar la compañera, pero falló por ser ésta tan débil y estar tan cerca del resplandor de la estrella primaria”.

La cortísima distancia entre la estrella y su débil compañera (0,156 arcosegundos) es la misma que el ancho de una moneda de un euro (2,3 cm) vista a 20 kilómetros de distancia. La compañera, llamada AB Dor C, fue vista a una distancia de 2,3 veces la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. Completa un ciclo alrededor de la estrella cada 11,75 años, recorriendo una órbita bastante excéntrica.

Utilizando la exacta localización de la compañera, junto con el “bamboleo” conocido de la estrella primaria, los astrónomos pudieron entonces determinar con precisión su masa. El objeto, más de 100 veces menos brillante que su cercana estrella primaria, tiene aproximadamente un décimo de la masa de ésta, es decir que es unas 93 veces más masiva que Júpiter. Está, por lo tanto, ligeramente por encima del límite de las enanas marrones.

Usando la NACO SDI del VLT, los astrónomos realizaron más observaciones de AB Dor C en longitudes de onda del infrarrojo cercano, para medir su temperatura y su luminosidad.

“Nos sorprendió encontrar que la compañera era 400º Celsius más fría y 2,5 veces más tenue que lo que los modelos más recientes predecían para un objeto de esta masa”, dijo Close.

“La teoría predice que este objeto frío de poca masa debería tener unas 50 masas-Júpiter. Pero la teoría es incorrecta: realmente el objeto tiene entre 88 y 98 masas-Júpiter”.

Por lo tanto, estos nuevos hallazgos retan las ideas actuales sobre la población de enanas marrones y la posible existencia de los ampliamente publicados planetas extrasolares “libres”.

De hecho, si los objetos jóvenes identificados hasta ahora como enanas marrones son el doble de masivos que lo que se pensaba, muchos de ellos serían en cambio estrellas de poca masa. Y los objetos identificados como planetas extrasolares “libres” resultaría probablemente ser a su vez enanas marrones de poca masa.

Para Close y sus colegas, “este descubrimiento obligará a los astrónomos a re-pensar cuáles son realmente las masas de los objetos más pequeños producidos en la naturaleza”.

Más información

El trabajo aquí presentado aparece como una Carta en el número del 20 de enero de la revista Nature: “A dynamical calibration of the mass-luminosity relation at very low stellar masses and young ages” (“Una calibración dinámica de la relación masa-luminosidad para masas estelares muy bajas y edades jóvenes”) por L. Close et al.

Notas

El equipo está compuesto por Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek y Beth Biller (Observatorio Steward, Universidad de Arizona, Tucson, EE.UU.); Rainer Lenzen y Wofgang Brandner (Instituto de Astronomía Max Planck, Heidelberg, Alemania); José C. Guirado (Universidad de Valencia, España); y Markus Hartung y Chris Lidman (ESO-Chile).

La cámara NACO SDI es un tipo único de cámara que utiliza óptica adaptativa, la que eliminar los efectos borrosos de la atmósfera, produciendo así imágenes extremadamente nítidas.
SDI divide la luz proveniente de una estrella única en cuatro imágenes diferentes, y luego hace pasar los haces resultantes a través de cuatro filtros ligeramente diferentes (metano-sensibles).
Cuando los haces filtrados de luz chocan contra el conjunto de detectores de la cámara, los astrónomos pueden sustraer las imágenes de modo que la estrella brillante desaparezca, revelando un objeto más tenue y más frío que de otro modo quedaría escondido en el halo de luz dispersada (resplandor) de la estrella. Unas imágenes únicas de Titán obtenidas previamente con NACO SDI fueron publicadas en el informe de prensa ESO PR 09/04.

VLT (Very Large Telescope) de ESO en Paranal, Chile. Crédito: ESO / Paranal

Agradecemos a ImageShack por su repositorio gratuito de imágenes. – (HRB)

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Web Site: ESO Press Release
Artículo: “Weighing the Smallest Stars”
Fecha: Enero 19, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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Enlace con el artículo original en inglés, AQUÍ.